WO2006018518A1 - Dispositif optique a reseau de lentilles cylindriques - Google Patents

Dispositif optique a reseau de lentilles cylindriques Download PDF

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WO2006018518A1
WO2006018518A1 PCT/FR2005/001893 FR2005001893W WO2006018518A1 WO 2006018518 A1 WO2006018518 A1 WO 2006018518A1 FR 2005001893 W FR2005001893 W FR 2005001893W WO 2006018518 A1 WO2006018518 A1 WO 2006018518A1
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WO
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screen
image
projector
lens
projection system
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Application number
PCT/FR2005/001893
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Franck Guigan
Martine Guigan-Reinhard
Antoine Guigan
Charles Guigan
Pierre Guigan
Original Assignee
Franck Guigan
Martine Guigan-Reinhard
Antoine Guigan
Charles Guigan
Pierre Guigan
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    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
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    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
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    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/363—Image reproducers using image projection screens

Definitions

  • the present invention relates to a projection device associating one or more virtual or real projectors with one or more lenticular networks, to allow viewing of still or moving flat or 3D images without the need to wear specific glasses. .
  • Optical devices known as lenticular arrays, which are often constituted by a plate of transparent material of which one face is plane and the other comprises a large number of cylindrical or spherical lenses, can be used to emit different images according to the directions. They are used in particular for the production of relief images or for the restitution of animations.
  • interlaced image the image which is affixed to the rear face of the lenticular network
  • image comprises pixels (pixel comes from “picture element” and signifies an elementary part of an image ) from several different images, these images hereinafter referred to as “primary images” being successively viewed by the viewer's eye as it moves horizontally in a plane parallel to the interlaced image.
  • the interlaced image can be produced by two known methods hereinafter referred to as the "calculation method” and the “projection method”.
  • the interlaced image is calculated from the primary images. It is then printed on paper or on the back of the lenticular network itself, or produced by an electronic screen, or even projected on a screen frosted by a projector located at the rear of said lenticular network.
  • EP 0 791 847 A (KONINKLIJKE-PHILIPS ELECTRONICS N.V. - Aug. 27, 1997) which exclusively uses cylindrical lenses and proposes to incline these lenses relative to the vertical.
  • the interlaced image is obtained by proj.ection on the lenticular network 3 so-called primary images from projectors located at different locations.
  • projectors can be real projectors as well as virtual projectors, in the sense of having for example a projector along a mirror gives birth to a second virtual projector next to the first one.
  • the projection surface comprises in this case, in order from the projector 1, a first lenticular network 3 said upstream network, a screen 4 which is a frosted, and a second lenticular network 5 said downstream network.
  • the viewer is facing said second lenticular network, that is to say the opposite side of the projector 1.
  • each lens of the upstream lenticular network corresponds on the screen a number of areas illuminated by the real or virtual projectors which is equal to the number of points of view of the stereoscopic image, and a lens of the downstream lenticular network that serves the viewer to see these lighted areas.
  • the second grating (Tokyo - Japan). It comprises a first cylindrical lenticular network upstream of a diffusing screen, and a second cylindrical lenticular network downstream of the diffusing screen. With each cylindrical lens of the first lenticular array, there corresponds a number of vertical lines equal to the number of points of view of the stereoscopic image. Such an image thus formed on the scattering screen (frosted) is conventionally taken up by the second grating. Networks have a pitch equal to n times the size of a pixel, where n is the number of views.
  • WO 00/35204 A (ZEBRA IMAGING, INC) of June 15, 2000 (2000-06-15) relates to an optical device obtained by juxtaposition of elementary devices called "lentslet pixel modules", each of these elementary devices comprising both the lens and the pixel area corresponding to this lens.
  • WO 00/35204 is as much concerned with spherical lens lenticular arrays as with lenticular cylindrical lens arrays, and depicted in FIG. 5 a spherical lens lens lattice of the "fIy 's-eye" type.
  • the projection surface is constituted in this case of a single lenticular array 3, and the viewer is on the same side as the projector 1 relative to this set. On the opposite side to the viewer is the screen 4 on which the interlaced image is formed.
  • the term "projector” is understood to mean both an actual projector and a virtual projector created by such methods. According to the prior art, in the configuration in which the primary images are projected with only one projector actually existing, these images are aligned horizontally and separated downstream of the projection lens by a specific optical device such as for example the mirrors described in FIG. U.S. Patent 5,192,969 A (IGARASHI ET AL).
  • This known principle consists in reducing the primary images in width, for example so that several primary images juxtaposed horizontally together form an image of the size of an image with conventional proportions of the images that can be recorded by a commercial camera or broadcast by a projector Trade.
  • This distortion of the primary images affects their quality since these images retain their original definition when the number of lines of pixels, but each lose for example N-I columns of pixels on N if we have juxtaposed N images.
  • the present invention has the advantage of allowing a very simple, rustic and inexpensive realization of projection devices of relief and animated images, not presenting these two disadvantages.
  • a projection device with a single projector which does not have the disadvantage related to the deformation of the images to be projected, while allowing to minimize the volume of the projected data.
  • Multi-projector a projection device with a "set of several projectors called" Multi-projector ", which allows to simultaneously project a very large number of primary images.
  • the proposed device is a projection system comprising: o several projection devices of real or virtual images called “projectors” 1, la, Ib and following each comprising: “at least one image to project 61 called” primary image "
  • said means of deviation of light rays from the projector is constituted by the concavity of said subset of the device comprising the lenticular network 3 and the screen 4;
  • said means for deflecting light rays from the projector is constituted by a multitude of small prisms juxtaposed in front of the lenticular network 3, projector side 1;
  • a primary image 61 to be projected by the objective 111 of a projector 1 has substantially the same proportions as the useful area of the assembly composed by the lenticular network 3 and the screen;
  • the N primary images 61, 62, 63 and following are juxtaposed in a checkerboard;
  • said optical splitter comprises on one of its faces as many diverging dioptres as deflectors 21, 22 and following and on the other of its faces a convergent diopter 105;
  • the lenticular network 3 has dimensional characteristics such that it corresponds to the presentation of N + 1 images, N being the number of primary images;
  • the device includes a printer printing on demand the primary images
  • the device comprises means for modifying at least one of its geometrical characteristics
  • the surface of the screen 4 comprises means for diffusing light in the plane of the screen 4, so that the area of the screen 4 taking the intensity and the color of the image of the pupil of a real or virtual objective 111 produced by an elementary lens of the lenticular network, has a surface substantially larger than that of said image;
  • the screen 4 consists of the following two elements: a frosted or scattering surface, and a reflecting surface located on the side of the frosted surface opposite the projector;
  • P screen 4 consists of independent plates.
  • FIGS. 1 to 21 represent all the views of devices. or subsets of devices according to the invention.
  • Figure 1 is a perspective view of a device comprising four projectors 1, la, Ib, and Ic aligned horizontally which are associated with a concave lenticular lens array 3 and a projection screen 4 also concave;
  • FIGS. 2 and 3 are two perspective views of a lenticular network 3 comprising a means of deflecting parasitic reflections from the projector 1, seen from the side of said projector 1, this means consisting of a series of horizontal parallel prisms situated between the plane of elementary lenses 31 and 32 of the lenticular network 3 and the projector 1, and having the effect of deflecting the light beam Rp from the projector 1 in the direction Rd, and of creating a reflected ray Rr symmetrical of Rp with respect to the perpendicular N to the face 105n of one of said prisms.
  • FIG. 4 a perspective view of an assembly of four projectors 1a, 1b, 1c and 1d which are associated with a vertical vertical lenticular lens array with vertical cylindrical lenses 3 and a projection screen 4;
  • Figure 5 is a perspective view of an assembly of four projectors 1, Ib, Ic and Id may be associated with a lenticular network inclined cylindrical lenses;
  • Figure 6 is a perspective view of a variant of the device shown in Figure 4, wherein the pupil of the lens of the lens is a rectangle.
  • Figure 7 is a perspective view of a variant of the device shown in Figure 5, wherein the pupil of the lens of the lens is a polygon.
  • FIG. 8 a perspective view of a device according to an embodiment having only one real projector 1 associated with an optical splitter 2, which is equivalent to four virtual projectors, the screen 4 being constituted by the juxtaposition of independent plates 81, 82 and following;
  • Figure 9 is a perspective view of an optical splitter 2 in which the elementary deflectors 21, 22, 23 and 24 are prisms; 10, a perspective view of a variant of the optical distributor 2 comprising 16 elementary deflectors 21, 22, 23 and 24 et seq., With o a concave spherical diopter by deviator o and a single convex spherical diopter on the face of the opposite splitter to the projector 1; 11, a perspective view of another variant of the optical distributor 2 comprising 9 elementary deflectors 21, 22, 23 and 24 and following, with a concave spherical diopter by diverter o and a diopter plane on the other side of the dispatcher;
  • FIGS. 11 or 13 a perspective view of an optical distributor 2 similar to that of FIGS. 11 or 13, the diopters of which are replaced by Fresnel lenses situated on both sides of a sheet of transparent material.
  • FIG. 13 is a perspective view of an optical splitter of the same type as that shown in FIG. 10, associated with a divergent lens 102 and a convergent lens 103, which has the effect that the images of the pupil of the Projector 1 lens on screen 4 be larger.
  • Figure 14 is a perspective view of a variant of the device according to the invention, projecting 16 primary images with an optical splitter composed of mirrors;
  • the projector 1 projects 4 primary images checkerboard on an optical splitter consisting of 4 deviators 21, 22, 23 and 24 which are here mirrors forming a pyramid , the device comprising an additional lenticular network 5 added to the back of the screen 4;
  • FIG. 16 is a perspective view of a component of a device according to the invention, in which the projector 1 comprises
  • a light source 12 which is a luminous tube
  • Figure 17 is a sectional view of the component shown in Figure 16;
  • Figure 18 a perspective view of a subassembly according to the invention composed of a juxtaposition of projectors la, Ib and following identical to those of Figures 16 and 17, associated with a screen and a lenticular array 3 not shown ;
  • Figure 19 a perspective view of a particularly economical and bright version of a projector according to the invention.
  • a perspective view of an automobile accessory according to the invention enabling the driver of an automobile to easily evaluate the distance to which he must be from the car in front of him.
  • FIG. 1 shows a first simplified embodiment of the invention, in which:
  • SA projectors 1, la, Ib and Ic are aligned horizontally;
  • S the lenticular network 3, consisting of cylindrical elementary lenses, has a concave shape;
  • v 'each projector projects a different image on the entire surface of the lens array 3, and gives rise through the lens elements of the lens array 3 to 4 matrices of lines on the screen 4 which is also concave.
  • the concavity of the screen is calculated by those skilled in the art so that the reflections of the screen on this surface, if it were a mirror, are concentrated in an area where there is no spectator.
  • Figures 2 and 3 show another way to solve the problem of spurious reflections, this time without the need for a concave screen that is more bulky than a flat screen.
  • the means for deflecting the light rays from the projector consists of a series of horizontal parallel prisms located between the plane of the elementary lenses 31 and 32 of the lenticular array 3 and the projector 1, and having the effect of deflecting the light beam Rp from the projector 1 in the direction Rd, and to create a reflected ray Rr symmetrical of Rp with respect to the perpendicular N to the face 105n of one of said prisms.
  • Each of the objectives can indeed in this case illuminate through a lenticular lens of the lenticular array a different pixel line on the screen 4.
  • FIG. 8 shows an implementation of the device according to the invention comprising: "a projector which is here unique for reasons of economy or simplicity, this projector projecting 4 primary images 61, 62, 63 and following juxtaposed checkerboard, each images corresponding to a point of view different from the scene,
  • a projection surface itself composed of a screen 4 on which are affixed lenticular network plates with cylindrical lenses 81, 82 and following, all of these plates forming the lenticular network 3.
  • Each primary image is projected onto one of the deflectors 21, 22 and following, of the splitter 2, which deflects the light rays so that the 4 images are projected without deformation over the entire surface of the lenticular array 3.
  • the arrangement a very important advantage is that all the images projected by the same projector retain the same proportions and that their quality is therefore limited by the same width and height value when they have a limited surface, which is always the case since these images can not have an infinite dimension.
  • the lenses are arranged in lines inclined with respect to an axis called "Horizontal Axis", it being specified that above and after the Horizontal Axis and the Vertical Axis axes perpendicular to each other are respectively: o parallel to the lower edge and to the upper edge of the rectangular interlaced image 6, or a cutout of this image according to the portrait mode or according to the landscape mode, for the axis called Horizontal Axis o parallel to the left edge and at the right edge of the rectangular interlaced image 6, or of a cutout of this image according to the portrait mode or according to the landscape mode, for the so-called vertical axis axis.
  • the best angle is the one whose tangent is equal to [N 1/2 x H / L], ie the height H of a primary image multiplied by the product of the square root of the number N of primary images. , the set being divided by the width L of a primary image.
  • the pupil of the objective 111 illustrated in FIG. 5 is a rectangle, instead of being a disc as for most commercial projectors. This has the effect that the light lines obtained by projection through the elementary lenses of the lenticular network 3 have the same brightness over their entire width. These surfaces are preferably contiguous parallelograms as illustrated by FIGS. 6 and 7, the man of the art easily calculating the surface and shape of the pupil according to the respective positions of the projector and the other elements of the device. .
  • the advantage is that the brightness of the device is then virtually constant regardless of the location of the viewer.
  • the image on the screen 4 of the pupil of a real or virtual objective 111 through an elementary lens of the lenticular network must be a polygon that has a side with one side of the lens. image close to the pupil of another real or virtual objective 112 through the same elementary lens of the lenticular network.
  • additional virtual projectors can be created by the use of mirrors, prisms or other optical devices. known.
  • the device may comprise a complementary optical device known as an "optical splitter" 2, consisting of several elementary optical devices known as “deviators” 21, 22 and following deviating each the light rays from the objective 111 of the projector 1 so that each of the primary images is projected substantially on the same surface of the projection screen 4.
  • Figure 9 shows a splitter 2 simple to manufacture This splitter has the disadvantage of slightly distorting each of the four images, which requires a correction which may consist for example that the primary images have been previously deformed.
  • the beam splitter 2 comprises on one of its faces many diopters diverging than deflectors 21, 22 and following and on the other of its faces a convergent diopter 105.
  • These optical splitters 2 work equally well in one direction than in the other, and the convex portion of the sphere may be on the side projector 1 , the concave spherical dioptres then being screen side.
  • the dioptres may advantageously be replaced by Fresnel lenses as illustrated in FIG. 12.
  • Fresnel lenses There are in this case as many Fresnel diopters as divergent as deviators 21, 22 and following on one of the faces of the splitter, and a Fresnel dioptre converging on its other side.
  • the devices according to the invention can be used to produce relief images.
  • the viewer can see by moving laterally with respect to the screen o a pair of images composed of the primary images 61 and 62, where a pair of images composed of the primary images 62 and 63 , o a pair of images composed of the primary images 63 and 64, o a pair of images composed of the primary images 64 and 61,
  • any increase in the number of primary images results either in an increase in the total weight of the digital file defining the projected images, or a decrease in the resolution of the images perceived.
  • a particularly interesting option is to add a blurred, less luminous or black primary image at the end of the series.
  • the viewer never sees an inverted stereoscopic pair, but twice in succession couples having only one image and a blurred image, "less luminous or black, and such couples are not perceived as reversed stereoscopic pairs
  • the spectator can deduce a very powerful perception of the relief, this perception of the relief being in this case related to the analysis of the scene by the brain of the spectator, in order to deduce therefrom by reasoning the distance between him and the objects composing this scene.
  • the spectator has several means: convergence of the two eyes which seems to be for many human beings used by priority and which was scientifically studied by Wheatstone in 1838 - this is the means used for stereoscopy - o the interpretation of the content of the image and its movement, which was described by Helmholtz in 1866, and to a lesser extent, the accommodation of
  • the brain uses the following means by priority, that is to say the interpretation of the content of the image and its movement. This method is often described under the name "Pullfritch effect".
  • the relief is all the better perceived that the image contains a lot of information allowing the brain of the viewer to appreciate the distances of the objects of the scene between them on the one hand, and the distance between at least one of these objects and the viewer.
  • the movement of objects relative to each other is an element that allows the brain to appreciate quite easily and therefore quickly their distance.
  • the brain can deduce that this object A is behind the object B, so further.
  • the brain can also appreciate the apparent lateral scrolling speed of the objects as the camera itself moves, and deduce the distance of the objects from the camera, which will be interpreted by spectator as the measure of the distance of the objects considered. to himself.
  • the lenticular network 3 has dimensional characteristics such that it corresponds to the presentation of N + 1 images, N being the number of primary images. It should be noted that N can be exactly equal to 1, and that the network intended to present 2 images must in this case send an image of the scene to only one eye of the spectator.
  • FIG. 15 shows a variant suitable for the production of overhead projectors.
  • the device comprises, as previously, a projector 1 with an objective 111, a distributor 2 comprising deviators 21, 22 and following which are here mirrors, a lenticular network 3 and a screen 4.
  • a second lenticular network 5 located the opposite side to the first relative to the screen 4 which is in this case a frosted.
  • This frosted material can be any type of translucent surface on which an image can be formed.
  • a simple sheet of thin white paper or tracing paper may do the trick, but it is more advantageous to use the new technologies known in the field of the manufacture of retro-projection screens, and in particular those consisting of to embed micro-balls in the face of the screen 4 furthest from the projector.
  • the means of deflecting parasitic light rays is not shown.
  • the question of the pupil surface of the objective 111 of a projector 1 is particularly sensitive. Each illuminated line appearing on the screen 4 having a width proportional to that of this pupil. Yes
  • N is the number of actual or virtual projectors, i.e., the number of different primary images produced by the device, the pupil width of an elementary lens 31 of the lenticular array 3 must be equal N times plus greater than the width of an illuminated line, increased to account for the difference in parallax of the ratio between ' on the one hand the sum of the distance from the projector to the plane containing the optical centers of the elementary lenses of the lenticular network 3 and the distance from this plane to that of the screen 4, and secondly the distance from the projector to the focal plane of the elementary lenses of the lenticular network 3.
  • the width of the pupils of the objectives of the projectors is not always modifiable on demand, for example when commercial video projectors are used.
  • the distance between the screen and the projectors may, for various reasons, not correspond to that envisaged during the study of the device,
  • the image change during the horizontal movement of the viewer towards the screen is accelerated or decreased, for example accelerated so that the viewer simultaneously sees with his two eyes images separated by a larger number primary images
  • a first method is to change the apparent surface of the pupil of the projector lens 1 at. or to increase it by placing between the projector on the screen one or more pairs consisting of a divergent lens 102 on the projector side and a converging lens 103 on the screen side as shown in Figure 13, b. or to reduce it by arranging, in the order of the on-screen projector, one or more pairs consisting of a convergent lens on the projector side and a diverging lens on the screen side, as illustrated by FIGS. 16 to 18 and FIG. 23 2.
  • a second method, not shown, is to have in front of the lens of the projector 1 emitting a quantity of light q: a.
  • this second method creating as many virtual projectors as necessary, the locations that the skilled person can calculate so that the corresponding illuminated lines are juxtaposed on the screen 4.
  • This method applies as well projector by projector as illustrated by FIG. 13, that by adding a series of lenses or mirrors, as the case may be, to a set of real or virtual projectors as illustrated by FIG. Figures 16 to 18, 3.
  • a third method is to use as project objectives lenses with variable focal length,
  • a fourth method is to use lenticular networks with variable focal length, for example composed of two superposed lenticular arrays whose positions relative to the screen are adjustable by the user.
  • a fifth method is particularly indicated for television in relief, and generally when one wishes to limit the number of projectors. It consists in using a screen provided with a means of lateral diffusion of the light.
  • a first mode of implementation of this method, not shown, is to use a screen whose surface diffuses the light horizontally, so that a light ray propagates a short distance along this surface, and that the area which becomes luminous does not have the width corresponding to that of the pupil of a real or virtual objective 111, but a substantially larger width.
  • a second mode of implementation consists in the screen having the following two sub-elements:
  • a third embodiment is that the surface of the screen 4 has concave vertical grooves of a dimension substantially wider than the width along the horizontal axis of the image on the screen 4 of the pupil of a real or virtual objective 111 through an elementary lens of the lenticular array, so that this image is reflected on the walls of the groove so that the groove takes the color of said image over its entire width.
  • the width of the groove is ideally equal to the width of the pupil image of a real or virtual objective 111 through an elementary lens of the lenticular array, multiplied by the ratio that exists between the average distance between two eyes of human beings, about 6cm, and the width of the pupil of the lens 111 of the headlamp 1.
  • the lenticular array is composed of several elementary plates juxtaposed 81, 82 and following, it n ' It is not necessarily desirable for said vertical grooves to be molded on the back of said plates, because if it is desired, for example, to have a pitch between the grooves close to one-third of the pitch between the vertical columns of elementary lenses of the lenticular array, such as is desirable to obtain 9 different views, the pitch of the grooves is not exactly equal to the third of the pitch between the elementary lens columns, but slightly higher ur to account for the difference in parallax.
  • Dn fourth and last embodiment of said fifth method is very similar to the previous one, but with grooves that are much thinner. These grooves are located on one of the faces of a transparent plate located between the screen 4 and the lenticular network 3. Each of these very thin grooves substantially deflects the light rays coming from the projector 1, so that they form on the screen 4 a lit area substantially enlarged. After returning to reflection on the screen 4, these light rays are again deviated and are perceived by the viewer through the elementary lens of the lenticular array 3 during a greater displacement along the axis called Horizontal Axis.
  • Said fifth method is therefore generally described by considering that the surface of the screen 4 must comprise means for diffusing light in the plane of the screen 4, so that the area of the screen 4 taking the intensity and the color of the pupil image of a real or virtual objective 111 through an elementary lens of the lenticular array, has a surface substantially larger than that of said image.
  • FIG. 14 shows a solution with 16 primary images operating with two sets of mirrors: the mirrors 210 to 240 reflect the light rays coming from the objective 111 of the headlamp respectively towards the sets of mirrors 2101 to 2104, 2201 to 2204, 2301 to 2304, and 2401 to 2404.
  • the mirrors 210 to 240 may advantageously be concave (not shown), and the others may be convex. It should be noted that FIG.
  • FIG. 14 could also illustrate a shooting device in which the projector 1 would be replaced by a system for acquiring still or moving images such as a camera or a camera, while the other distributors represented to the preceding figures do not allow such an acquisition.
  • another camera is to juxtapose commercial cameras on a common fastener as could be illustrated in Figure 1 if the projectors la, Ib and following were replaced by cameras.
  • the devices shown in Figures 1 to 14 can display from 4 to 16 views as appropriate, but it is interesting to project simultaneously a much larger number of views, for example when it is fixed views.
  • Figure 16 shows a projector component allowing a particularly economical and efficient implementation of the invention.
  • the light source 12 is here a simple fluorescent or incandescent tube which illuminates from the rear a set 6 of 8 primary images which respectively correspond to 8 convex lenses denoted 111, 112 and following, which can be molded in one piece. This device is equivalent to 8 juxtaposed projectors.
  • the light loss is particularly low when the entire front surface of the device consists of lenses, and when the rays from the light source can easily be reflected to the plane of the lenses.
  • the fact of superimposing several projectors each including several objectives as shown in Figure 18 also has the advantage of allowing an increase in brightness and thus illuminate very large screens while using low-glare light sources and inexpensive as for example fluorescent tubes.
  • the projection system includes a printer printing on demand primary images on external control, for example via a network such as the Internet.
  • Such a printer advantageously stores its blank print medium on a roll, while an additional roll or other type of receptacle makes it possible to preserve the unused printed images.
  • the primary images are stored on slides or rollers, in order to sequentially broadcast series of primary images.
  • the horizontal distance between the primary images 61, 62 and following determines the distance of the screen to which the image is perceived by the viewer. It may be interesting, to change the distance of the screen to which the image is perceived by the • viewer, that the spacing of the primary images 61, 62 and following them can be changed on demand.
  • a simple way of modifying this distance, illustrated in FIG. 20, may for example consist in sticking the rigid supports of the primary images 61, 62 and following on an elastic band 200.
  • the device comprises means for modifying at least one of its geometric characteristics to change the distance of the screen 4 at which the scene is perceived by the viewer.
  • the light source 12 illuminates, by way of an optical concentrator (not shown), the set 6 of the primary images 61, 62 and following, which are for example constituted together by a screen with a backlight. liquid crystal.
  • the set 11 of the objectives 111, 112 and following is constituted by a single transparent plate 11 as described in FIG. 17. Through these objectives 111, 112 and following and a first lenticular network 3, an interlaced image is formed on the screen 4 which is a frosted. The viewer sees the corresponding virtual image reflected on the windshield of the automobile through the second lenticular network 5.
  • the image seen by the viewer is at infinity.
  • These primary images can be moved away from the control of the on-board computer according to the speed of the vehicle, so that the image perceived by the viewer approaches him when the speed of the vehicle decreases.
  • the lenticular arrays have been described as having a lenticular face and a plane face which is confused with the focal plane of the lenses, as is most commonly the case, but any other arrangement may be considered.
  • the lenses of the lenticular network may in particular be distant from the screen 4.
  • These plates 81, 82 and following can also be hinged to form a blind that can be rolled when it is not needed.
  • An economical method for industrially producing such networks is to juxtapose these small elements 81, 82 and following lenticular array on a transparent face, and to have behind this set a projection screen 4 at a distance corresponding to the focal length of the elementary lenses of the lenticular network 3.
  • the device according to the invention can be implemented in many different ways that those skilled in the art can easily design. Such devices can be juxtaposed vertically and laterally without limitation, which allows to display a very large number of successive primary images.
  • the first solution is more suitable for the representation of relief scenes when the number of primary images is limited.
  • the second is of great interest when the number of primary images is very large, because in this case the number of images can even become unlimited.
  • Figure 19 shows a particularly inexpensive arrangement of a projector according to the invention.
  • the bodywork is not shown.
  • This implementation also has the advantage of providing a very good light output.
  • This projector consists of a light source such as fluorescent tubes denoted 12a, 12b and following, a projection image 6 which is slid between two transparent rigid sheets, and two lens plates.
  • the first plate collects lenses 111, 112 and following which are rectangular convergent lenses
  • a second plate collects lenses 211, 212 and following which are rectangular diverging lenses.
  • lenticular array is used to describe sets of lenses of different types. It goes without saying that this expression must be understood in the broad sense, and that the lenticular networks can be replaced by opaque plates comprising holes or linear transparent areas, or fanciful shapes more or less equivalent instead of optical systems described.
  • the lenticular network 3 and the screen 4 have been presented as plans. They may well be fanciful forms, 'the skilled person knowing very well adapt the characteristics of projectors accordingly.
  • the concave screens are particularly well suited to the projection of advertising images in subterranean walls whose walls are concave (metro, train, etc.).
  • the main applications of the present invention are:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)

Abstract

Système de projection associant une source lumineuse comme un projecteur d'images fixes ou animées, un réseau lenticulaire et un écran pour produire des images en relief. Les réseaux lenticulaires sont à lentilles cylindriques. Les avantages par rapport à l'art antérieur sont : • d'améliorer la résolution des images vues par le spectateur tout en minimisant le volume des données projetées. • et de permettre une réalisation très simple, bon marché et facile à régler. Le principe permet aussi de réaliser des multi-projecteurs projetant des animations 3D à partir d'images fixes, des luminaires, et d'autres objets de décoration.

Description

Dispositif optique à réseau de lentilles cylindriques
La présente invention a pour objet un dispositif de projection associant un ou plusieurs projecteurs virtuels ou réels avec un ou plusieurs réseaux lenticulaires, pour permettre la vision d'images fixes ou animées plates ou en 3D sans qu'il soit nécessaire de porter des lunettes spécifiques.
Les dispositifs optiques connus sous le nom de réseaux lenticulaires, qui sont souvent constitués par une plaque de matériau transparent dont une face est plane et l'autre comprend un grand nombre de lentilles cylindriques ou sphériques, peuvent être utilisés pour émettre des images différentes selon les directions. Ils sont utilisés en particulier pour la production d'images en relief ou pour la restitution d'animations.
Dans ces systèmes connus, l'image qui est apposée sur la face arrière du réseau lenticulaire est appelée ci-après « image entrelacée » parce qu'elle comporte des pixels (pixel vient de « picture élément » et signifie une partie élémentaire d'image) provenant de plusieurs images différentes, ces images que l'on appelle ci-après « images primaires » étant vues successivement par l'œil du spectateur lorsque ce dernier se déplace horizontalement dans un plan parallèle à l'image entrelacée.
L'image entrelacée peut être produite par deux méthodes connues ci-après dénommées la « méthode, par calcul » et la « méthode par projection ».
S La « méthode par calcul »
Dans cette méthode, l'image entrelacée est calculée à partir des images primaires. Elle est ensuite imprimée sur du papier ou au dos du réseau lenticulaire lui-même, ou bien produite par un écran électronique, ou bien encore projetée sur un écran dépoli par un projecteur situé à l'arrière dudit réseau lenticulaire.
" Cette méthode peut être considérée comme connue depuis 1903, puisque, à cette date, F. Ives a déjà utilisé une plaque à fentes verticales comme barrière de parallaxe permettant de voir une image entrelacée comportant des stries verticales alternées provenant d'images œil-droit et d'images œil-gauche (Parallax stereogram and process for making same. Brevet ϋ.S. 725,567, Avril 1902).
• Pour augmenter l'angle de visibilité et les positions possibles de vue, Kanolt et H. Ives ont utilisé plus de stries par fente.
" De très nombreux documents décrivent depuis longtemps des réseaux lenticulaires associés à des dispositifs affichant les images entrelacées par des moyens électroniques, et de très nombreux perfectionnements ont été proposés dans cette famille de produits. On peut citer en particulier :
• EP 0 791 847 A (KONINKLIJKE- PHILIPS ELECTRONICS N.V.- 27 août 1997) qui utilise exclusivement des lentilles cylindriques et propose d'incliner ces lentilles par rapport à-la verticale.
• FR2782438 (Allio Pierre - 18 février 2000) qui propose de modifier le calcul d'entrelacement en permutant les sub-pixels R, V et B.
S La « méthode par projection »
Dans cette méthode, l'image entrelacée est obtenue par proj.ection sur le réseau lenticulaire 3 des images dites primaires à partir de projecteurs situés à des emplacements différents.
Ces projecteurs peuvent être aussi bien des projecteurs réels que des projecteurs virtuels, dans le sens où le fait de disposer par exemple un projecteur le long d'un miroir donne naissance à un second projecteur virtuel situé à côté du premier.
Cette méthode peut être mise en œuvre de deux façons différentes, toutes deux connues : la rétro-projection et la projection directe. S la rétro-projection
La surface de projection comporte dans ce cas, dans l'ordre à partir du projecteur 1, un premier réseau lenticulaire 3 dit réseau amont, un écran 4 qui est un dépoli, et un deuxième réseau lenticulaire 5 dit réseau aval. Le spectateur se trouve face audit deuxième réseau lenticulaire, c'est-à-dire du côté opposé au projecteur 1.
A chaque lentille du réseau lenticulaire amont, correspond sur l'écran un nombre de zones éclairées par les projecteurs réels ou virtuels qui est égal au nombre de points de vue de l'image stéréoscopique, et une lentille du réseau lenticulaire aval qui sert au spectateur à voir ces zones éclairées.
" Selon la demande de brevet FR-2705009, un tel rétro-projecteur vidéo stéréoscopique est connu notamment de l'article de Chin Hasegawa et collaborateurs intitulé "Three dimensional image technology" publié le 25.07.91 dans le compte-rendu TEC 1991
(Tokyo - Japon) . Il comporte un premier réseau lenticulaire cylindrique en amont d'un écran diffusant, et un deuxième réseau lenticulaire cylindrique en aval de l'écran diffusant. A chaque lentille cylindrique du premier réseau lenticulaire, correspond un nombre de lignes verticales égal au nombre de points de vue de l'image stéréoscopique. Une telle image ainsi formée sur l'écran diffusant (dépoli) est reprise de manière classique par le deuxième réseau. Les réseaux ont un pas égal à n fois la taille d'un pixel, n étant le nombre de points de vue. " Le brevet WO 00/35204 A (ZEBRA IMAGING, INC) du 15 juin 2000 (2000-06-15) a pour objet un dispositif optique obtenu par juxtaposition de dispositifs élémentaires appelés « lentslet pixel modules », chacun de ces dispositifs élémentaires comprenant à la fois la lentille et la zone de pixels correspondant à cette lentille.
Le document WO 00/35204 s'intéresse autant aux réseaux lenticulaires à lentilles sphériques qu'aux réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques, et décrit à sa figure 5 un réseau lenticulaire à lentilles sphériques de type « fIy' s- eye ».
Ce document s'intéresse principalement à la méthode dite « par calcul » et n'envisage la méthode dite « par projection » que pour la constitution dudit « lenslet pixel module », et non pas pour la totalité de l'image comme c'est le cas dans la présente demande, uniquement dans la mise en œuvre par rétro-projection, et non pas dans la mise en œuvre par projection comme c'est le cas dans la présente demande.
• Dans une communication au « 31st International Conférence on Computer Graphics and Interactive Technique, SIGGRAPH 2004 »,
Wojciech Matusik et Hans-peter Pfister, du MERL (Mitsubishi
Electric Research Laboratories - Cambridge, MA. USA) , ont publié, sous le titre « 3D TV : A Scalable System for Real-Time
Acquisition, Transmission, and Autostereoscopic Display of Dynamic Scènes » une description d'un tel dispositif.
S la projection directe La surface de projection est constituée dans ce cas d'un seul réseau lenticulaire 3, et le spectateur se trouve du même côté que le projecteur 1 par rapport à cet ensemble. Du côté opposé au spectateur se trouve l'écran 4 sur lequel se forme l'image entrelacée.
• Le principe de la projection sur réseau lenticulaire à lentilles cylindrique doit être considéré comme connu au moins depuis 1931, date à laquelle H.Ives a inventé le multi-projecteur à réseau lenticulaire. Il a peint la face arrière d'un réseau lenticulaire avec une peinture diffusante et l'a utilisé comme une surface de projection pour 39 projecteurs de diapositives (IVES, H. E. 1931. The projection of parallax panoramagrams. Journal of the Optical Society of America, 21 (JuIy), 397-409.
" On retrouve une antériorité similaire le 25.07.91, date de publication de l'article de Chin Hasegawa et collaborateurs intitulé "Three dimensional image technology" cité plus haut, puisque le projecteur crée bien une image entrelacée par projection à travers ledit premier réseau lenticulaire cylindrique. Les deux modes de mise en œuvre connus de la méthode par projection ont été perfectionnées ultérieurement, en particulier par le brevet US 5 192 969 A (IGARASHI ET AL) du 9 mars 1993 (1993-03-09), qui expose comment on peut utiliser des miroirs pour projeter sur l'ensemble [réseau lenticulaire + écran] plusieurs images à partir d'un même projecteur.
Ce document expose que cette technique s'applique aussi bien à la projection directe qu'à la rétro projection.
Ces systèmes de projection directe selon l'art antérieur comportent deux inconvénients connus : 1. les réflexions parasites en cas de projection directe.
2. la faible qualité des images dans le cas d'une projection de plusieurs images primaires par le même projecteur selon la disposition décrite dans lé brevet US 5 192 969 A (IGARASHI ET AL) .
1. les réflexions parasites en cas de projection directe. Lorsque l'on projette une image sur un réseau lenticulaire, une partie de l'image est nécessairement réfléchie par la face du réseau qui fait face au projecteur, laquelle ne peut pas perdre ses qualités de réflexion sans que les lentilles perdent simultanément leur efficacité. Ce problème apparaît en particulier lorsque l'on utilise des réseaux lenticulaires à lentilles cylindriques verticales, que ces réseaux sont situés dans des plans verticaux et que le projecteur est situé face à l'écran, mais il apparaît aussi dans la plupart des autres cas.
Les auteurs qui ont décrit cette solution technique et qui l'ont essayée n'en on peut-être pas été entièrement satisfaits, car la vérité est qu' elle ne fonctionne pas de façon satisfaisante parce que le spectateur est ébloui par le reflet du projecteur dans l'écran, ce reflet prenant la forme d'une bande lumineuse perpendiculaire à l'axe longitudinal des lentilles élémentaires du réseau lenticulaire. C'est probablement pour cette raison que de tels dispositifs, et en particulier la projection directe proposée par le brevet US 5 192 969 A (IGARASHI ET AL), n'ont pas connu de grande diffusion commerciale.
Il est évidemment possible de déposer sur la surface du réseau lenticulaire une couche antireflet comme une couche de fluorure de magnésium, mais ceci a un coût significatif, diminue la luminosité, et certains reflets parasites résiduels persistent. 2. La faible qualité des images dans le cas d'une projection de plusieurs images primaires par le même projecteur.
Il est possible, en utilisant des miroirs ou d'autres dispositifs connus déviant une partie du faisceau lumineux d'un projecteur unique, de créer des projecteurs virtuels à partir du projecteur unique considéré.
Dans le texte et les revendications qui suivent, on entend par « projecteur » aussi bien un projecteur existant réellement qu'un projecteur virtuel créé par de tels procédés. Selon l'art antérieur, dans la configuration dans laquelle les images primaires sont projetées avec un seul projecteur existant réellement, ces images sont alignées horizontalement et séparées en aval de l'objectif de projection par un dispositif optique spécifique comme par exemple les miroirs décrits dans le brevet US 5 192 969 A (IGARASHI ET AL) .
Ce principe connu consiste à réduire les images primaires en largeur, par exemple pour que plusieurs images primaires juxtaposées horizontalement forment ensemble une image de la taille d'une image aux proportions classiques des images pouvant être enregistrées par une caméra du commerce ou diffusées par un projecteur du commerce. Cette déformation des images primaires nuit à leur qualité puisque ces images conservent leur définition d'origine quand au nombre de lignes de pixels, mais perdent chacune par exemple N-I colonnes de pixels sur N si l'on a juxtaposé N images. La présente invention a l'avantage de permettre une réalisation très simple, rustique et bon marché de dispositifs de projection d'images en relief et ou animées, ne présentant pas ces deux inconvénients.
Selon un premier aspect, elle a pour objet un dispositif de projection avec un seul projecteur qui n'a pas l'inconvénient lié à la déformation des images à projeter, tout en permettant de minimiser le volume des données projetées.
Selon un second aspect, elle a pour objet un dispositif de projection avec un "ensemble de plusieurs projecteurs dénommé « Multi-projecteur », . qui permet de projeter simultanément un très grand nombre d'images primaires.
Selon les deux aspects, les images peuvent être fixes ou animées. Le dispositif proposé est un système de projection comprenant : o plusieurs dispositifs de projection d'images réels ou virtuels dits « projecteurs » 1, la, Ib et suivants comportant chacun : " au moins une image à projeter 61 dite « image primaire »
• et au moins une lentille convergente ou un système optique équivalent dit « objectif » 111, o un écran de projection dit « écran » 4 ; o un dispositif dit « réseau lenticulaire » 3 situé entre l'objectif 111 du projecteur 1 et ledit écran 4, ledit réseau lenticulaire comportant une pluralité de dispositifs optiques dits « dispositifs élémentaires » juxtaposés, lesdits dispositifs élémentaires comprenant chacun une lentille élémentaire cylindrique convergente ou un système optique équivalent dit « lentille élémentaire » 31, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de dévier les rayons lumineux issus du projecteur et reflétés par le sous-ensemble du dispositif comportant le réseau lenticulaire 3 et l'écran 4.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : Q ledit moyen de déviation des rayons lumineux issus du projecteur est constitué par la concavité dudit sous-ensemble du dispositif comportant le réseau lenticulaire 3 et l'écran 4 ;
Q ledit moyen de déviation des rayons lumineux issus du projecteur est constitué par une multitude de petits prismes juxtaposés devant le réseau lenticulaire 3, côté projecteur 1 ;
Q une image primaire 61 à projeter par l'objectif 111 d'un projecteur 1 a sensiblement les mêmes proportions que la surface utile de l'ensemble composé par le réseau lenticulaire 3 et l'écran ; Q les N images primaires 61, 62, 63 et suivantes sont juxtaposées en un damier ;
O ledit damier comporte le même nombre de lignes et de colonnes ;
Q les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire sont organisées en lignes inclinées par rapport à un axe dit « Axe Horizontal », étant précisé que l'on entend ci-avant et ci-après par Axe Horizontal et par
Axe Vertical des axes perpendiculaires entre eux qui sont respectivement : o parallèle au bord inférieur et au bord supérieur de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe
Horizontal o parallèle au bord gauche et au bord droit de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Vertical ; D l'angle d'inclinaison desdites lignes de lentilles par rapport à un axe dit « Axe Horizontal » a une tangente égale à [ N1/2 x H / L ] c'est à dire la hauteur H d'une image primaire multipliée par le produit de la racine carrée du nombre N d'images primaires, l'ensemble étant divisé par la largeur L d'une image primaire ; Q l'image sur l'écran 4 de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 produite par une lentille élémentaire du réseau lenticulaire est un polygone qui a un côté commun avec un côté de l'image voisine de la pupille d'un autre objectif réel ou virtuel 112 produite par la même lentille élémentaire du réseau lenticulaire ; Q le dispositif comprend un dispositif optique complémentaire dit « répartiteur optique » 2, constitué de plusieurs dispositifs optiques élémentaires dits « déviateurs » 21, 22 et suivants déviant chacun les rayons lumineux issus de l'objectif 111 du projecteur 1 de telle sorte que chacune des images primaires soit projetée sensiblement sur la même surface de l'écran de projection 4 ;
Q ledit répartiteur optique 2, comprend sur l'une de ses faces autant de dioptres divergents que de déviateurs 21, 22 et suivants et sur- l'autre de ses faces un dioptre convergent 105 ;
Q le réseau lenticulaire 3 a des caractéristiques dimensionnelles telles qu'il correspond à la présentation de N+l images, N étant le nombre d'images primaires ;
Q le dispositif comporte une imprimante imprimant à la demande les images primaires ;
D le dispositif comporte un moyen permettant de modifier l'une au moins de ses caractéristiques géométriques ;
Q la surface de l'écran 4 comporte des moyens de diffusion de la lumière dans le plan de l'écran 4, de telle sorte que la zone de l'écran 4 prenant l'intensité et la couleur de l'image de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 produite par une lentille élémentaire du réseau lenticulaire, ait une surface sensiblement plus grande que celle de ladite image ;
O l'écran 4 est constitué des deux éléments suivants : o une surface dépolie ou diffusante, o et une surface réfléchissante située du côté de la surface dépolie opposée au projecteur ;
P l'écran 4 est constitué de plaques indépendantes.
L'invention sera bien comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est illustrée par les figures 1 à 21 qui représentent -toutes des vues de dispositifs ou de sous-ensembles de dispositifs selon l'invention.
Figure 1, une vue en perspective d'un dispositif comprenant quatre projecteurs 1, la, Ib, et Ic alignés horizontalement qui sont associés à un réseau lenticulaire concave 3 à lentilles sphériques et à un écran de projection 4 lui aussi concave ;
Figures 2 et 3, deux vues en perspective d'un réseau lenticulaire 3 comportant un moyen de déviation des reflets parasites provenant du projecteur 1, vu du côté dudit projecteur 1, ce moyen consistant en une série de prismes parallèles horizontaux situés entre le plan des lentilles élémentaires 31 et 32 du réseau lenticulaire 3 et le projecteur 1, et ayant pour effet de dévier le rayon lumineux Rp provenant du projecteur 1 dans la direction Rd, et de créer un rayon réfléchi Rr symétrique de Rp par rapport à la perpendiculaire N à la face 105n de l'un desdits prismes.
Figure 4, une vue en perspective d'un assemblage de quatre projecteurs la, Ib, Ic et Id qui sont associés à un réseau lenticulaire vertical plan à lentilles cylindriques verticales 3 et à un écran de projection 4;
Figure 5, une vue en perspective d'un assemblage de quatre projecteurs 1, Ib, Ic et Id pouvant être associés à un réseau lenticulaire à lentilles cylindriques inclinées;
Figure 6, une vue en perspective d'une variante du dispositif représenté à la figure 4, dans lequel la pupille de la lentille de l'objectif est un rectangle. Figure 7, une vue en perspective d'une variante du dispositif représenté à la figure 5, dans lequel la pupille de la lentille de l'objectif est un polygone.
Figure 8, une vue en perspective d'un dispositif selon un mode de réalisation ne comportant qu'un seul projecteur réel 1 associé à un répartiteur optique 2, ce qui équivaut à quatre projecteurs virtuels, l'écran 4 étant constitué par la juxtaposition de plaques indépendantes 81, 82 et suivantes ;
Figure 9, une vue en perspective d'un répartiteur optique 2 dans lequel les déviateurs élémentaires 21, 22, 23 et 24 sont des prismes ; Figure 10, une vue en perspective d'une variante du répartiteur optique 2 comportant 16 déviateurs élémentaires 21, 22, 23 et 24 et suivants, avec o un dioptre sphérique concave par déviateur o et un dioptre sphérique convexe unique sur la face du répartiteur opposée au projecteur 1 ; Figure 11, une vue en perspective d'une autre variante du répartiteur optique 2 comportant 9 déviateurs élémentaires 21, 22, 23 et 24 et suivants, avec o un dioptre sphérique concave par déviateur o et un.dioptre plan sur l'autre face du répartiteur ;
Figure 12, une vue en perspective d'un répartiteur optique 2 similaire à celui des figures 11 ou 13, dont les dioptres sont remplacés par des lentilles de Fresnel situées sur les deux faces d'une feuille de matériau transparent.
Figure 13, une vue en perspective d'un répartiteur optique du même type que celui représenté à la figure 10, associé à une lentille divergente 102 et à une lentille convergente 103, ce qui a pour effet que les images de la pupille de l'objectif du projecteur 1 sur l'écran 4 soient plus grandes.
Figure 14, une vue en perspective d'une variante du dispositif selon l'invention, projetant 16 images primaires avec un répartiteur optique composé de miroirs ;
Figure 15, une vue en perspective d'un rétroprojecteur selon l'invention, dont le projecteur 1 projette 4 images primaires en damier sur un répartiteur optique composé de 4 déviateurs 21, 22, :23 et 24 qui sont ici des miroirs formant une pyramide, le dispositif comportant un réseau lenticulaire supplémentaire 5 ajouté au dos de l'écran 4 ;
Figure 16, une vue en perspective d'un composant d'un dispositif selon l'invention, dans lequel le projecteur 1 comporte
" une source lumineuse 12 qui est un tube lumineux, " un ensemble 6 de 8 images primaires,
" un ensemble 11 de 8 objectifs 111, 112, 113 et suivants qui sont des lentilles convergentes à pupille rectangulaire, et est associé à une lentille cylindrique convergente 101 et à une lentille cylindrique divergente 102 ;
Figure 17, une vue en coupe du composant illustré à la figure 16 ;
Figure 18, une vue en perspective d'un sous-ensemble selon l'invention composé d'une juxtaposition de projecteurs la, Ib et suivants identiques à ceux des figures 16 et 17, associés à un écran et à un réseau lenticulaire 3 non représentés;
Figure 19, une vue en perspective d'une version particulièrement économique et lumineuse d'un projecteur selon l'invention.
Figure 20, une vue en perspective d'un assemblage d'images primaires 61, 62 et suivantes sur une bande élastique 200, permettant d'écarter les images primaires les unes des autres en tendant plus ou moins la bande élastique rectangulaire 200 dans le sens de sa longueur.
Figure 21, une- vue en perspective d'un accessoire pour automobile selon l'invention permettant au conducteur d'une automobile d'évaluer facilement la distance à laquelle il doit se situer de la voiture qui le précède.
La figure 1 montre un premier mode de mise en œuvre simplifié de l'invention, dans laquelle :
•S A projecteurs 1, la, Ib et Ic sont alignés horizontalement ; S le réseau lenticulaire 3, constitué de lentilles élémentaires cylindriques, a une forme concave ; v' chacun des projecteurs projette une image différente sur la totalité de la surface du réseau lenticulaire 3, et donne naissance à travers les lentilles élémentaires de ce réseau lenticulaire 3 à 4 matrices de lignes sur l'écran 4 qui est également concave. La concavité de l'écran est calculée par l'homme de l'art de telle sorte que les reflets de l'écran sur cette surface, s'il s'agissait d'un miroir, soient concentrés dans une zone où ne se trouve aucun spectateur.
Les figures 2 et 3 montrent une autre façon de résoudre le problème des réflexions parasites, cette fois sans qu'il soit nécessaire d'avoir un écran concave qui est plus encombrant qu'un écran plan.
Le moyen de dévier les rayons lumineux issus du projecteur consiste en une série de prismes parallèles horizontaux situés entre le plan des lentilles élémentaires 31 et 32 du réseau lenticulaire 3 et le projecteur 1, et ayant pour effet de dévier le rayon lumineux Rp provenant du projecteur 1 dans la direction Rd, et de créer un rayon réfléchi Rr symétrique de Rp par rapport à la perpendiculaire N à la face 105n de l'un desdits prismes.
Ainsi se trouve résolu le problème des réflexions parasites en cas de projection directe dont on a vu qu'il rendait pratiquement impossible la méthode de projection directe.
Cette méthode a des avantages considérables par rapport à l'art antérieur :
1. le faible coût de réalisation, la grande robustesse et la grande tolérance dimensionnelle ;
2. l'augmentation du nombre d'images primaires pour une qualité donnée d'image perçue exprimée en nombre de pixels, due au fait que les pixels produits par projection à travers une lentille peuvent être très significativement plus petits que des pixels imprimés ; 3. la suppression du verrou de la dimension maximale des écrans utilisant la méthode dite « par calcul » : il est pratiquement impossible ou très difficile et coûteux de fabriquer de grands réseaux lenticulaires ou d'accoler de petits réseaux car se pose dans ce cas le problème de la synchronisation entre les réseaux élémentaires (il faut qu'un spectateur situé à un emplacement donné voie sur tous les réseaux élémentaires des portions d'images correspondant tous à la même image primaire) ; il est très difficile et coûteux de positionner correctement de grandes images entrelacées sur de grands réseaux lenticulaires, et encore plus de maintenir ce positionnement lors de variations de l'hygrométrie ou de la température ambiantes ;
4. l'augmentation du nombre d'images primaires pour une qualité donnée d'image perçue exprimée en nombre de pixels, dans le cas d'utilisation d'écrans de grande taille, parce que les pupilles des lentilles peuvent elles-aussi être de plus grande surface sans que cela conduise à une diminution du nombre de pixels vus par le spectateur ;
On pourrait penser que cette augmentation du nombre d'images primaires n'a pas d'importance lorsque, pour la télévision en relief, .on ne souhaite afficher que 4 ou 9 images primaires différentes. Il n'en est rien. La qualité du relief dépend en effet de la netteté de la séparation des zones provenant des différentes images primaires à l'intérieur d'un ensemble de pixels présents sur l'écran, provenant d'images primaires différentes, et visibles à travers une même lentille élémentaire du réseau lenticulaire. Cette netteté de la séparation dépend directement des facteurs exposés ci-dessus qui conditionnent le nombre de pixels correspondant à une lentille élémentaire.
On peut constater sur la figure 3 que les lentilles cylindriques 31, 32 et suivantes du réseau lenticulaire 3 sont inclinées par rapport à 1'horizontale. L'intérêt d'une telle disposition est qu'il est alors possible de disposer les projecteurs non pas en une ligne horizontale comme sur la figure 1, ou même en plusieurs lignes horizontales décalées en largeur comme sur les figures 4 et 6, mais en un damier de lignes et de colonnes comme sur les figures 5 et 7.
Chacun des objectifs peut en effet dans ce cas éclairer à travers une lentille élémentaire du réseau lenticulaire une ligne de pixels différente sur l'écran 4.
Ceci procure un avantage très important lorsque les projecteurs ne sont pas tous réels, comme cela est illustré par la figure 8, mais virtuels. Cette figure montre une mise en œuvre du dispositif selon l'invention comprenant : " un projecteur qui est ici unique pour des raisons d'économie ou de simplicité, ce projecteur projetant 4 images primaires 61, 62, 63 et suivantes juxtaposées en damier, chacune des images correspondant à un point de vue différent de la scène,
" un répartiteur optique 2 déviant les rayons lumineux de telle sorte que chacune des images soit finalement projetée sur la totalité de la surface de projection décrite ci-après,
• et une surface de projection elle-même composée d'un écran 4 sur lequel sont apposées des plaques de réseau lenticulaire à lentilles cylindriques 81, 82 et suivantes, l'ensemble de ces plaques formant le réseau lenticulaire 3.
Chaque image primaire est projetée sur l'un des déviateurs 21, 22 et suivants, du répartiteur 2, lequel dévie les rayons lumineux de telle sorte que les 4 images soient projetées sans déformation sur la totalité de la surface du réseau lenticulaire 3. La disposition des images en damier offre un avantage très important qui est que toutes les images projetées par un même projecteur conservent les mêmes proportions et que leur qualité est donc limitée de la même valeur en largeur et en hauteur lorsqu'elles ont une surface limitée, ce qui est toujours le cas puisque ces images ne peuvent avoir une dimension infinie.
On peut aussi exprimer cette règle d'une façon plus générale en disant qu'une image primaire 61 à projeter par le projecteur doit avoir sensiblement les mêmes proportions que la surface utile de l'ensemble composé par le réseau lenticulaire 3 et l'écran 4. La meilleure disposition est ainsi obtenue lorsque le damier comporte le même nombre de lignes et de colonnes.
Il est donc avantageux que les lentilles soient organisées en lignes inclinées par rapport à un axe dit « Axe Horizontal » étant précisé que l'on entend ci-avant et ci-après par Axe Horizontal et par Axe Vertical des axes perpendiculaires entre eux qui sont respectivement : o parallèle au bord inférieur et au bord supérieur de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Horizontal o parallèle au bord gauche et au bord droit de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Vertical.
Le meilleur angle est celui dont la tangente est égale à [ N1/2 x H / L ] c'est à dire la hauteur H d'une image primaire multipliée par le produit de la racine carrée du nombre N d'images- primaires, l'ensemble étant divisé par la largeur L d'une image primaire.
La pupille de l'objectif 111 illustré à la figure 5 est un rectangle, au lieu d'être un disque comme pour la plupart des projecteurs du commerce. Cela a pour effet que les lignes lumineuses obtenues par projection à travers les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 3 ont -sur toute leur largeur la même luminosité. Ces surfaces sont de préférence des parallélogrammes accolés comme cela est illustré par les figures 6 et 7, l'homme, de l'art calculant aisément la surface et la forme de la pupille en fonction des positions respectives du projecteur et des autres éléments du dispositif. L'avantage est que la luminosité du dispositif est alors pratiquement constante quel que soit l'emplacement du spectateur.
Pour obtenir cette luminosité pratiquement constante, il faut que l'image sur l'écran 4 de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 à travers une lentille élémentaire du réseau lenticulaire soit un polygone qui ait un côté commun avec un côté de l'image voisine de la pupille d'un autre objectif réel ou virtuel 112 à travers la même lentille élémentaire du réseau lenticulaire.
Lorsque l'on souhaite, pour des raisons de simplicité ou d'économie, n'utiliser qu'un nombre limité de projecteurs réels, on peut créer des projecteurs virtuels supplémentaires par l'utilisation de miroirs, de prismes ou d'autres dispositifs optiques connus.
Lorsque, pour bénéficier des avantages décrits précédemment, le projecteur 1 projette des images en damier, il peut être souhaitable que le dispositif comprenne un dispositif optique complémentaire dit « répartiteur optique » 2, constitué de plusieurs dispositifs optiques élémentaires dits « déviateurs » 21, 22 et suivants déviant chacun les rayons .lumineux issus de l'objectif 111 du projecteur 1 de telle sorte que chacune des images primaires soit projetée sensiblement sur la même surface de l'écran de projection 4. La figure 9 montre un répartiteur 2 simple à fabriquer, constitué de 4 prismes 21 à 24. Ce répartiteur a l'inconvénient de déformer légèrement chacune des quatre images, ce qui nécessite une correction qui peut consister par exemple à ce que les images primaires aient été préalablement déformées. L'homme de l'art peut concevoir des répartiteurs ne donnant pas naissance à une telle déformation, en respectant les principes décrits ' par les figures 10 et 13 dans lesquels le répartiteur optique 2, comprend sur l'une de ses faces autant de dioptres divergents que de déviateurs 21, 22 et suivants et sur l'autre de ses faces un dioptre convergent 105. Ces répartiteurs optiques 2 fonctionnent aussi bien dans un sens que dans l'autre, et la portion convexe de sphère peut être du côté projecteur 1, les dioptres sphériques concaves étant alors côté écran.
Les dioptres peuvent avantageusement être remplacés par des lentilles- de Fresnel comme illustré à la figure 12. Il y a dans ce cas autant de dioptres de Fresnel .divergents que de déviateurs 21, 22 et suivants sur l'une de faces du répartiteur, et un dioptre de Fresnel convergent sur son autre face.
Les dispositifs selon l'invention peuvent être utilisés pour produire des images en relief. Lorsque ces dispositifs projettent simultanément 4 images primaires, le spectateur peut voir en se déplaçant latéralement par rapport à l'écran o un couple d'images composé des images primaires 61 et 62, o un couple d'images composé des images primaires 62 et 63, o un couple d'images composé des images primaires 63 et 64, o un couple d'images composé des images primaires 64 et 61,
Trois de ces couples successifs sont des couples stéréoscopiques, mais le quatrième est alors un couple stéréoscopique inversé. Ce phénomène est bien connu de l'homme de l'art et est particulièrement désagréable parce que le relief est à l'inverse de ce que perçoit normalement le spectateur. Pour citer un exemple, un visage est ainsi vu avec un nez qui est un creux au lieu d'être une bosse.
Pour diminuer le nombre de positions du spectateur où le relief est ainsi inversé par rapport au nombre total de positions possibles, il est tentant d' augmenter le nombre d'images primaires. Mais toute augmentation du nombre d' images primaires a pour conséquence soit une augmentation du poids total du fichier numérique définissant les images projetées, soit une diminution de la résolution des images perçues.
Une option particulièrement intéressante consiste à ajouter une image primaire floue, moins lumineuse ou noire à la fin de la série. Ainsi, le spectateur ne voit jamais un couple stéréoscopique inversé, mais deux fois de suite des couples ne comportant qu'une seule image et une image floue, "moins lumineuse ou noire, et de tels couples ne sont pas perçus comme des couples stéréoscopiques inversés. Contrairement à ce que l'on peut penser, le spectateur peut en déduire une perception du relief très puissante, cette perception du relief étant dans ce cas liée à l'analyse de la scène par le cerveau du spectateur, afin d'en déduire par raisonnement la distance entre lui et les objets composant cette scène. Pour apprécier les distances entre lui et les éléments d'une scène qu'il voit, c'est-à-dire le relief, le spectateur dispose de plusieurs moyens : o la convergence des deux yeux qui est semble être pour de nombreux êtres humains utilisée par priorité et qui a été étudié scientifiquement par Wheatstone en 1838 - c'est le moyen utilisé pour la stéréoscopie - o l'interprétation du contenu de l'image et de son mouvement qui a été décrite par Helmholtz en 1866 o et dans une moindre mesure, l'accommodation des yeux.
Si l'on supprime le moyen utilisé par priorité, c'est à dire la convergence des deux yeux, ce qui est le cas lorsque l'image vue par l'un des deux yeux est inexistante, floue, moins lumineuse ou noire, le cerveau utilise alors par priorité le moyen suivant, c'est à dire l'interprétation du contenu de l'image et de son mouvement. Cette méthode est souvent exposée sous la dénomination d'« effet Pullfritch ». Le relief est d'autant mieux perçu que l'image contient de nombreuses informations permettant au cerveau du spectateur d'apprécier les distances des objets de la scène entre eux d'une part, et la distance entre au moins l'un de ces objets et le spectateur. Le mouvement des objets les uns par rapport aux autres est un élément qui permet au cerveau d'apprécier assez facilement et donc rapidement leur distance. Par exemple, lorsqu'un objet A est caché par un objet B lors du mouvement, le cerveau peut en déduire que cet objet A est derrière l'objet B, donc plus loin. Le cerveau peut aussi apprécier la vitesse de défilement latérale apparente des objets lorsque la caméra elle-même se déplace, et en déduire la distance des objets par rapport à la caméra, laquelle sera interprétée par spectateur comme étant la mesure de la distance des objets considérés à lui-même.
D'une façon générale ce résultat peut être obtenu à condition que le réseau lenticulaire 3 ait des caractéristiques dimensionnelles telles qu'il corresponde à la présentation de N+l images, N étant le nombre d'images primaires. Il est à noter que N peut tout à fait être égal à 1, et que le réseau prévu pour présenter 2 images doit dans ce cas n'envoyer une image de la scène qu'à un seul œil du spectateur.
- La Figure 15 montre une variante adaptée à la réalisation de rétroprojecteurs. Le dispositif comporte comme précédemment un projecteur 1 avec un objectif 111, un répartiteur 2 comportant des déviateurs 21, 22 et suivants gui sont ici des miroirs, un réseau lenticulaire 3 et un écran 4. En supplément, il comporte un second réseau lenticulaire 5 situé du côté opposé au premier par rapport à l'écran 4 qui est dans ce cas un dépoli. Ce dépoli peut être constitué par tout type de surface translucide sur laquelle une image peut se former. Une simple feuille de papier blanc mince, ou de papier calque, peut faire l'affaire, mais il est plus avantageux d'utiliser les nouvelles technologies connues dans le domaine de la fabrication d'écrans de rétro-projection, et en particulier celles consistant à noyer des micro-billes dans la face de l'écran 4 la plus éloignée du projecteur. Le moyen de dévier les rayons lumineux parasites n'est pas représenté.
La question de la surface de pupille de l'objectif 111 d'un projecteur 1 est particulièrement sensible. Chaque ligne éclairée apparaissant sur l'écran 4 ayant une largeur proportionnelle à celle de cette pupille. Si
N est le nombre de projecteurs réels ou virtuels, c'est-à-dire le nombre d'images primaires différentes produites par le dispositif, la largeur de la pupille d'une lentille élémentaire 31 du réseau lenticulaire 3 doit être égale N fois plus grande que la largeur d'une ligne éclairée, augmentée pour tenir compte de la différence de parallaxe du rapport entre' d'une part la somme de la distance du projecteur au plan contenant les centres optiques des lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 3 et de la distance de ce plan à celui de l'écran 4, et d'autre part la distance du projecteur au plan focal des lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 3.
Cette règle doit être prise en compte si l'on souhaite que l'ensemble de la surface de l'écran soit recouverte de lignes éclairées dont les bords soient nets, ce qui est un facteur de qualité du dispositif. D'une façon générale, il est souhaitable de disposer autant de lentilles élémentaires 31 que nécessaire pour que les lignes éclairées à travers ces lentilles par les projecteurs recouvrent toute la surface de l'écran 4 sans recouvrement.
Plusieurs facteurs peuvent gêner l'application de cette règle qui est favorable à la qualité du dispositif.
1. la largeur des pupilles des objectifs des projecteurs n'est pas toujours modifiable à la demande, par exemple lorsque l'on utilise des projecteurs vidéo du commerce.
2. la distance entre l'écran et les projecteurs peut, pour des raisons diverses, ne pas correspondre à celle prévue lors de l'étude du dispositif,
3. il peut être souhaitable que le changement d'image lors du déplacement horizontal du spectateur face à l'écran soit accéléré ou diminué, - par exemple accéléré pour que le spectateur voit simultanément avec ses deux yeux des images séparées par un plus grand nombre d'images primaires,
- par exemple diminué pour que l'image change pour un déplacement correspondant à la distance entre les deux yeux d'un spectateur, afin d'élargir le déplacement possible du spectateur face à l'écran, alors que la pupille de l'objectif serait inférieure à cette distance entre les deux yeux.
Plusieurs méthodes peuvent être mises en œuvre pour résoudre ces problèmes dont en particulier les suivantes : 1. Une première méthode consiste à modifier la surface apparente de la pupille de l'objectif du projecteur 1 a. soit à l'augmenter en disposant entre le projecteur à l'écran un ou plusieurs couples constitués d'une lentille divergente 102 côté projecteur et d'une lentille convergente 103 côté écran comme cela est illustré par la figure 13, b. soit à la diminuer en disposant dans l'ordre du projecteur à l'écran un ou plusieurs couples constitués d'une lentille convergente côté projecteur et une lentille divergente côté écran, comme cela eβt illustré par les figures 16 à 18 et par la figure 23. 2. Une seconde méthode, non représentée, consiste à disposer devant l'objectif du projecteur 1 émettant une quantité de lumière q : a. un miroir laissant passer 1/n de la lumière q vers l'écran et réfléchissant le reste vers un second miroir b. ledit second miroir réfléchissant à son tour 1/n de la lumière q vers l'écran et laissant passer le reste vers un troisième miroir, c. ledit troisième miroir réfléchissant à son tour 1/n de la lumière q vers l'écran et laissant passer le reste vers un quatrième miroir, d. et ainsi de suite jusqu'au miroir d'ordre n, cette seconde méthode créant autant de projecteurs virtuels que nécessaire, aux emplacements que l'homme de l'art sait calculer pour que les lignes éclairées correspondantes soient juxtaposées sur l'écran 4. Cette méthode, ainsi que la précédente, s'applique aussi bien projecteur par projecteur comme illustré par la figure 13, qu'en ajoutant une série de lentilles ou de miroirs, selon le cas, à un ensemble de projecteurs réels ou virtuels comme illustré par les figures 16 à 18, . 3. Une troisième méthode, non représentée, consiste à utiliser comme objectifs des projecteurs des objectifs à focale variable,
4. Une quatrième méthode, non représentée, consiste à utiliser des réseaux lenticulaires à focale variable, par exemple composés de deux réseaux lenticulaires superposés dont les positions par rapport à l'écran soient réglables par l'utilisateur.
5. Une cinquième méthode est particulièrement indiquée pour la télévision en relief, et d'une façon générale lorsque l'on souhaite limiter le nombre de projecteurs. Elle consiste à utiliser un écran muni d'un moyen de diffusion latérale de la lumière. Un premier mode de mise en œuvre de cette méthode, non représenté, consiste à utiliser un écran dont la surface diffuse la lumière horizontalement, de telle sorte qu'un rayon lumineux se propage sur une courte distance le long cette surface, et que la zone qui devienne lumineuse ait non pas la largeur correspondant à celle de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111, mais une largeur sensiblement plus grande.
Un second mode de mise en œuvre, non représenté, consiste à ce que l'écran comporte les deux sous-éléments suivants :
1. une surface dépolie ou diffusante, 2. et une surface réfléchissante située du côté de la surface dépolie opposée au projecteur, de telle sorte que les rayons lumineux issus d'un projecteur et focalisés par une lentille élémentaire sur la surface dépolie ou diffusante sont déviés par la surface dépolie ou diffusante, et ensuite réfléchis sur la surface dépolie. Un troisième mode de mise en œuvre, non représenté, consiste à ce que la surface de l'écran 4 comporte des rainures verticales concaves d'une dimension sensiblement plus large que la largeur selon l'axe horizontal de l'image sur l'écran 4 de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 à travers une lentille élémentaire du réseau lenticulaire, de telle sorte que cette image se reflète sur les parois de la rainure pour que la rainure prenne sur toute sa largeur la couleur de ladite image.
La largeur de la rainure est idéalement égale à la largeur de l'image de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 à travers une lentille élémentaire du réseau lenticulaire, multipliée par le rapport qui existe entre la distance moyenne entre deux yeux d'êtres humains, soit environ 6cm, et la largeur de la pupille de l'objectif 111 du projecteur 1. Lorsque, comme illustré à la figure 8, le réseau lenticulaire est composé de plusieurs plaques élémentaires juxtaposées 81, 82 et suivantes, il n'est pas forcément souhaitable que lesdites rainures verticales soient moulées au dos desdites plaques, parce que si l'on souhaite avoir par exemple un pas entre les rainures proche égal au tiers du pas entre les colonnes verticales de lentilles élémentaires du réseau lenticulaire, comme c'est souhaitable pour obtenir 9 vues différentes, le pas des rainures n'est pas exactement égal au tiers du pas entre les colonnes de lentilles élémentaires, mais légèrement supérieur pour tenir compte de la différence de parallaxe.
Il est donc souhaitable d'utiliser deux ensembles différents, d'une part l'ensemble des plaques de réseau lenticulaire, et d'autre part l'ensemble des plaques d'écran striées verticalement, que l'on peut alors assembler sur deux plans parallèles. une façon simple de fabriquer un tel écran strié est d'utiliser un réseau lenticulaire à lentilles cylindriques verticales, les lentilles étant disposées sur la face de l'écran opposée au projecteur et peintes en blanc.
Dn quatrième et dernier mode de mise en œuvre de ladite cinquième méthode, non représenté, est très similaire au précédent, mais avec des rainures qui sont beaucoup plus fines. Ces rainures sont situées sur l'une des faces d'une plaque transparente située entre l'écran 4 et le réseau lenticulaire 3. Chacune de ces très fines rainures dévie sensiblement les rayons lumineux en provenance du projecteur 1, de telle sorte qu'ils forment sur l'écran 4 une zone éclairée sensiblement élargie. Au retour après réflexion sur l'écran 4, ces rayons lumineux sont une nouvelle fois déviés et sont perçus par le spectateur à travers la lentille élémentaire du réseau lenticulaire 3 pendant un déplacement plus important selon l'axe dit Axe Horizontal.
Ladite cinquième méthode se décrit donc d'une façon générale en considérant que surface de l'écran 4 doit comporter des moyens de diffusion de la lumière dans le plan de l'écran 4, de telle sorte que la zone de l'écran 4 prenant l'intensité et la couleur de l'image de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 à travers une lentille élémentaire du réseau lenticulaire, ait une surface sensiblement plus grande que celle de ladite image.
Les cinq méthodes qui viennent d' être exposées peuvent être combinées les unes avec les autres. La Figure 14 montre une solution à 16 images primaires fonctionnant avec deux séries de miroirs : les miroirs 210 à 240 réfléchissent les rayons lumineux issus de l'objectif 111 du projecteur respectivement vers les ensembles de miroirs 2101 à 2104, 2201 à 2204, 2301 à 2304, et 2401 à 2404. Pour des raisons d'encombrement ainsi que pour pouvoir limiter la distance entre les miroirs voisins des ensembles de miroirs 2101 à 2104, 2201 à 2204, 2301 à 2304, et 2401 à 2404, les miroirs 210 à 240 peuvent avantageusement être concaves (non représenté) , et les autres peuvent être convexes. II est à noter que la figure 14 pourrait aussi illustrer un dispositif de prises de vues dans laquelle le projecteur 1 serait remplacé par un système d'acquisition d'images fixes ou animées comme un appareil photo ou une caméra, alors que les autres répartiteurs représentés aux figures précédentes ne permettent pas une telle acquisition. un autre dispositif de prises de vues consiste à juxtaposer des caméras du commerce sur un élément de fixation commun comme cela pourrait être illustré par la figure 1 si les projecteurs la, Ib et suivants étaient remplacés par des caméras.
Les dispositifs représentés aux figures 1 à 14 permettent d' afficher de 4 à 16 points de vue selon le cas, mais il est intéressant de projeter simultanément un nombre de vues beaucoup plus important, par exemple lorsqu'il s'agit de vues fixes.
La Figure 16 montre un composant de projecteur permettant une mise en œuvre particulièrement économique et efficace de l'invention. La source lumineuse 12 est ici un simple tube fluorescent ou à incandescence qui éclaire par l'arrière un ensemble 6 de 8 images primaires auxquelles correspondent respectivement 8 lentilles convexes notées 111, 112 et suivantes, lesquelles peuvent être moulées en une seule pièce. Ce dispositif est équivalent à 8 projecteurs juxtaposés.
La déperdition lumineuse est particulièrement faible lorsque la totalité de la surface frontale du dispositif est constitué de lentilles, et quand les rayons issus de la source lumineuse peuvent facilement être réfléchis vers le plan des lentilles. Le fait de superposer plusieurs projecteurs comprenant chacun plusieurs objectifs comme cela est montré à la figure 18 a aussi pour avantage de permettre une augmentation de la luminosité et donc d'éclairer de très grands écrans tout en utilisant des sources lumineuses peu aveuglantes et peu onéreuses comme par exemple des tubes fluorescents. • Une solution particulièrement intéressante, non représentée, consiste à ce que le système de projection comporte une imprimante imprimant à la demande les images primaires, sur commande externe, par exemple via un réseau comme Internet. Une telle imprimante stocke avantageusement son support d'impression vierge sur un rouleau, tandis qu'un rouleau supplémentaire ou un autre type de réceptacle permet de conserver les images imprimées non utilisées.
Dans le même ordre d'idée, il est particulièrement facile de concevoir un dispositif selon l'invention dont les images primaires soient stockées sur des glissières ou des rouleaux, afin de diffuser séquentiellement des séries d'images primaires.
Lorsqu'un projecteur comporte plusieurs objectifs 111, 112 et suivants qui sont fixes, la distance horizontale entre les images primaires 61, 62 et suivantes conditionne la distance de l'écran à laquelle l'image est perçue par le spectateur. II peut être intéressant, pour modifier la distance de l'écran à laquelle l'image est perçue par • le spectateur, que l'espacement des images primaires 61, 62 et suivantes entre elles puisse être modifié à la demande.
Une façon simple de modifier cette distance, illustrée par la figure 20, peut par exemple consister à coller les supports rigides des images primaires 61, 62 et suivantes sur une bande élastique 200. En tendant l'
cette bande élastique horizontalement, les images primaires s'écartent, et il en résulte un rapprochement des images 3D vues par le spectateur.
A l'inverse, on peut aussi avoir des images primaires fixes, et faire varier la distance entre les objectifs 111, 112 et suivants. D'une façon générale, il suffit que le dispositif comporte un moyen permettant de modifier l'une au moins de ses caractéristiques géométriques pour modifier la distance de l'écran 4 à laquelle la scène est perçue par le spectateur.
Faire varier ces caractéristiques géométriques " peut avoir un intérêt simplement pour optimiser l'image perçue, mais il existe une application particulièrement intéressante qui est un accessoire utile à la conduite des automobiles.
Cet accessoire est décrit à la figure 21. La source lumineuse 12 éclaire par rétro-éclairage, en passant par un concentrateur optique non représenté, l'ensemble 6 des images primaires 61, 62 et suivantes qui sont par exemple constituées ensemble par un écran à cristaux liquides. L'ensemble 11 des objectifs 111, 112 et suivants est constitué par une plaque transparente unique 11 comme décrit à la figure 17. A travers ces objectifs 111, 112 et suivants et un premier réseau lenticulaire 3, une image entrelacée est formée sur l'écran 4 qui est un dépoli. Le spectateur voit l'image virtuelle correspondante se réfléchir sur le pare-brise de l'automobile à travers le second réseau lenticulaire 5.
Lorsque les images primaires 61, 62 et suivantes de l'ensemble 6 sont situées en vis-à-vis des objectifs 111, 112 et suivants correspondants de l'ensemble 11, l'image vue par le spectateur est à l'infini. Ces images primaires peuvent être éloignées sur la commande de l'ordinateur de bord en fonction de la vitesse du véhicule, de telle sorte que l'image perçue par le spectateur se rapproche de lui lorsque la vitesse du véhicule diminue. En paramétrant convenablement le dispositif, ce que l'homme de l'art sait faire, il est possible que la distance à laquelle l'image apparaît au spectateur soit égale à la distance de sécurité qu'il doit maintenir entre lui et l'automobile qui le précède.
L'homme de l'art pourra aussi très facilement ajouter un moyen mécanique, optique ou électronique tel que la hauteur de image perçue soit modifiée simultanément afin de donner en toutes circonstances l'impression que l'image est posée sur la chaussée.
Pour simplifier l'exposé et les illustrations, les réseaux lenticulaires ont été décrits comme ayant une face lenticulaire et une face plane qui est confondue avec le plan focal des lentilles, comme c'est le plus généralement le cas, mais toute autre disposition peut être envisagée. Les lentilles du réseau lenticulaire peuvent en particulier être distantes de l'écran 4.
Il est à noter que les positions respectives de l'ensemble formé par l'objectif 111 du projecteur 1 et le répartiteur 2 d'une part, et de celui formé par l'écran 4 et le réseau lenticulaire 3 d'autre part n'ont pas grande importance, et que les seules caractéristiques de positionnement qui importent sont la mise au point des images projetées sur l'écran et le fait que les images primaires soient projetées à peu près sur la même surface.
Cette caractéristique est l'un des grands avantages de la solution proposée. En effet, la précision nécessitée par la plupart des dispositifs de l'art antérieur est difficile à obtenir et rend les équipements très coûteux, tandis que le dispositif proposé peut être mis en œuvre très facilement sans avoir à respecter des tolérances étroites dans le positionnement des éléments qui le composent. C'est pour cette raison que rien ne s'oppose à ce que réseau lenticulaire soit composé de plusieurs plaques élémentaires juxtaposées 81, 82 et suivantes comme exposé précédemment et illustré à la figure 8.
La juxtaposition de ces plaques ne requiert pas non plus une grande précision, et il est possible de créer un écran en collant de telles plaques élémentaires 81, 82 et suivantes sur une surface (plane ou non), comme on collerait un carrelage sur un mur.
Ces plaques 81, 82 et suivantes peuvent aussi être articulées pour constituer un store qui peut être roulé lorsqu'on n'en a pas besoin. Comme cela a été exposé plus haut, il est nécessaire d'avoir des réseaux très épais lorsque l'on souhaite diffuser un très grand nombre d'images, par exemple pour donner au spectateur une très forte sensation de relief. Une méthode économique pour réaliser industriellement de tels réseaux est de juxtaposer ces petits éléments 81, 82 et suivants de réseau lenticulaire sur une face transparente, et de disposer derrière cet ensemble un écran de projection 4 à une distance correspondant à la longueur focale des lentilles élémentaires du réseau lenticulaire 3.
Le dispositif selon l'invention peut être mis en œuvre de très nombreuses façons différentes que l'homme de l'art pourra concevoir facilement. De tels dispositifs peuvent être juxtaposés verticalement et latéralement sans limitation, ce qui permet d'afficher un très grand nombre d'images primaires successives.
Dans les descriptions ci-avant des différentes variantes des dispositifs selon l'invention, l'on a indiqué que les différentes images primaires étaient projetées sur des surfaces identiques ou voisines de l'écran de projection.
En fait, il y a deux façons de faire :
1. ou bien toutes les images primaires sont projetées sur la même surface de l'écran, 2. ou bien chaque projection d'image primaire est décalée par rapport à la précédente dans une direction donnée, par exemple horizontalement.
La première solution est plus adaptée à la représentation de scènes en relief lorsque le nombre d'images primaires est limité. La seconde a un grand intérêt lorsque le nombre d'images primaires est très grand, parce que dans ce cas le nombre d'images peut même devenir illimité.
La Figure 19 montre une disposition particulièrement bon marché d'un projecteur selon l'invention. La carrosserie n'est pas représentée. Cette mise en œuvre a aussi l'avantage de procurer un très bon rendement lumineux.
Ce projecteur se compose d'une source lumineuse comme des tubes fluorescents notés 12a, 12b et suivants, une image à projeter 6 qui est glissée entre deux feuilles rigides transparentes, et deux plaques de lentilles.
La première plaque rassemble les objectifs 111, 112 et suivants qui sont des lentilles convergentes rectangulaires, et une seconde plaque rassemble les objectifs 211, 212 et suivants qui sont des lentilles divergentes rectangulaires. Dans la présente description et dans les revendications qui suivent, l'expression « réseau lenticulaire » est utilisée pour décrire des ensembles de lentilles de différents types. Il va de soi que cette expression doit être comprise au sens large, et que les réseaux lenticulaires peuvent être remplacés par des plaques opaques comportant des trous ou zones transparentes linéaires, ou de formes fantaisistes plus ou moins équivalentes en lieu et place des systèmes optiques décrits.
Pour simplifier les descriptions, on a volontairement omis de décrire la présence de concentrateurs de lumière entre la source lumineuse et les images primaires. L'homme de l'art sait calculer les caractéristiques de tels concentrateurs qui sont souvent de simples lentilles convexes et peuvent avantageusement être constitués de lentilles de Fresnel.
Toujours dans un objectif de simplification et de clarification de l'exposé, le réseau lenticulaire 3 et l'écran 4 ont été présentés comme plans. Ils peuvent parfaitement être de formes fantaisistes, 'l'homme de l'art sachant très bien adapter les caractéristiques des projecteurs en conséquence. Les écrans concaves sont particulièrement bien adaptés à la projection d'images publicitaires dans des souterrains dont les murs sont concaves (métro, train, etc.) .
Les principales applications de la présente invention sont :
— l'affichage publicitaire, les enseignes publicitaires, la promotion sur le lieu de vente, la composition de vitrines virtuelles ;
— toutes les applications de la télévision, de la vidéo et du cinéma, et en particulier les suivantes :
— les retransmissions sportives, les films et feuilletons, les journaux télévisés et les reportages,
— les jeux vidéo,
— la publicité, - les attractions des parcs de loisirs,
— les terminaux des postes de travail de création assistée par ordinateur, la conception de produits et l'architecture, la visualisation scientifique,
— l'imagerie médicale (radiographies 3D, RMN, scanner, échographie, endoscopie, microchirurgie, etc. ) ,
— les systèmes d' aide au pilotage d'engins et les simulateurs de pilotage,
— les films personnels,
— les luminaires, les œuvres d'art, les objets de décoration et les gadgets,
— La planification des missions, la reconnaissance, l'évaluation des dommages, l'analyses du terrain, la cartographie, la géographie, la recherche sismique,
— l'éducation, — la téléconférence,
— Les dispositifs permettant aux conducteurs d'automobiles d'apprécier la distance qu'ils doivent conserver entre leur véhicule et celui qui le précède, en fonction de leur vitesse.

Claims

Revendications
1. Système de projection comprenant : o plusieurs dispositifs de projection d'images réels ou virtuels dits « projecteurs » 1, la, Ib et suivants comportant chacun : " au moins une image à projeter 61 dite « image primaire »
" et au moins une lentille convergente ou un système optique équivalent dit « objectif » 111, o un écran de projection dit « écran » 4 ; o un dispositif dit « réseau lenticulaire » 3 situé entre l'objectif 111 du projecteur 1 et ledit écran 4, ledit réseau lenticulaire comportant une pluralité de dispositifs optiques dits « dispositifs élémentaires » juxtaposés, lesdits dispositifs élémentaires comprenant chacun une lentille élémentaire cylindrique convergente ou un système optique équivalent dit « lentille élémentaire » 31, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de dévier les rayons lumineux issus du projecteur et reflétés par le sous-ensemble du dispositif comportant le réseau lenticulaire 3 et l'écran 4.
2. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit moyen de déviation des rayons lumineux issus du projecteur est constitué par la concavité dudit sous-ensemble du dispositif comportant le réseau lenticulaire 3 et l'écran 4
3. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit moyen de déviation des rayons lumineux issus du projecteur est constitué par une multitude de petits prismes juxtaposés devant le réseau lenticulaire 3, côté projecteur 1.
4. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'une image primaire 61 à projeter par l'objectif 111 d'un projecteur 1 a sensiblement les mêmes proportions que la surface utile de l'ensemble composé par le réseau lenticulaire 3 et l'écran 4.
5. Système de' projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les N images primaires 61, 62, 63 et suivantes sont juxtaposées en un damier ;
6. Système de projection selon la revendication 5 caractérisé par le fait que ledit damier comporte le même nombre de lignes et de colonnes ;
7. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les lentilles élémentaires du réseau lenticulaire sont organisées en lignes inclinées par rapport à un axe dit « Axe Horizontal », étant précisé que l'on entend ci-avant et ci-après par Axe Horizontal et par Axe Vertical des axes perpendiculaires entre eux qui sont respectivement : o parallèle au bord inférieur et au bord supérieur de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Horizontal o parallèle au bord gauche et au bord droit de l'image entrelacée 6 rectangulaire, ou d'une découpe de cette image selon le mode portrait ou selon le mode paysage, pour l'axe dit Axe Vertical.
8. Système de projection selon la revendication 7 caractérisé par le fait que l'angle d'inclinaison desdites lignes de lentilles par rapport à un axe dit « Axe Horizontal » a une tangente égale à [ N1/2 x H / L ] c'est à dire la hauteur H d'une image primaire multipliée par le produit de la racine carrée du nombre N d'images primaires, l'ensemble étant divisé par la largeur L d'une image primaire.
9. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'image sur l'écran 4 de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 produite par une lentille élémentaire du réseau lenticulaire est un polygone qui a un côté commun avec un côté de l'image voisine de la pupille d'un autre objectif réel ou virtuel 112 produite par la même lentille élémentaire du réseau lenticulaire.
10. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le dispositif comprend un dispositif optique complémentaire dit « répartiteur optique » 2, constitué de plusieurs dispositifs optiques élémentaires dits « déviateurs » 21, 22 et suivants déviant chacun les rayons lumineux issus de l'objectif 111 du projecteur 1 de telle sorte que chacune des images primaires soit projetée sensiblement sur la même surface de l'écran de projection 4.
11. Système de projection selon la revendication 10 caractérisé par le fait que ledit répartiteur optique 2, comprend sur l'une de ses faces autant de dioptres divergents que de déviateurs 21, 22 et suivants et sur l'autre de ses faces un dioptre convergent 105.
12. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le réseau lenticulaire 3 a des caractéristiques dimensionnelles telles qu' il correspond à la présentation de N+l images, N étant le nombre d'images primaires.
13. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte une imprimante imprimant à la demande les images primaires.
14. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le dispositif comporte un moyen permettant de modifier l'une au moins de ses caractéristiques géométriques.
15. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la surface de l'écran 4 comporte des moyens de diffusion de la lumière dans le plan de l'écran 4, de telle sorte que la zone de l'écran 4 prenant l'intensité et la couleur de l'image de la pupille d'un objectif réel ou virtuel 111 produite par une lentille élémentaire du réseau lenticulaire, ait une surface sensiblement plus grande que celle de ladite image.
16. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'écran 4 est constitué des deux éléments suivants : o une surface dépolie ou diffusante, o et une surface réfléchissante située du côté de la surface . dépolie opposée au projecteur.
17. Système de projection selon la revendication 1 caractérisé par le - fait que l'écran 4 est constitué de plaques indépendantes.
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